Zn4Al0.1Ti锌合金热变形行为与连续铸挤研究

摘要

锌及锌合金具有熔点低、熔化潜热小，优越的抗摩擦性能，工艺性能优良，良好的流动性和镀覆性能，以及资源丰富、易回收等一系列的优点，而被广泛应用于热喷涂、电容器喷金、五金、家电、电子、工业设备及汽车等行业。经过变形热加工后的锌合金材料，组织结构发生明显细化，各项力学性能与铸态相比得到明显的提高。
　　本文采用热模拟机，对Zn4Al0.1Ti合金进行等温压缩试验，对Zn4Al0.1Ti合金的流变应力行为、组织演变行为进行了研究，并选择不同变形条件下的峰值流变应力建立了本构方程。通过数学回归分析和OM等手段，研究了该合金高温塑性变形过程中的流变应力σ、应变速率(ε)和变形温度T之间的相关性。并基于动态材料模型原理，绘制了Zn4Al0.1Ti锌合金的加工图，并以应变量为0.3时的加工图为例，结合金相组织，对加工图中所对应的不同区域进行研究。主要结论如下:
　　(1)主要研究了热变形参数（变形温度、应变速率）等对Zn4Al0.1Ti合金流变应力的影响规律。在相同应变速率下，随着变形温度的升高流变应力明显降低;在相同变形温度下，随着应变速率的升高流变应力降低。
　　(2)采用线性回归的方法确定了Zn4Al0.1Ti合金在高温塑性变形时，峰值流变应力σ、应变速率(ε)和变形温度T之间满足双曲正弦函数关系，并采用温度补偿应变速率Zener-Hollmon参数法来描述其峰值应力对应的本构方程。
　　(3)揭示了变形条件（变形温度、应变速率）对显微组织演变的影响。研究发现变形温度升高，以及应变速率的降低，均有利于Zn4Al0.1Ti锌合金的动态再结晶进行。
　　(4)通过对Zn4Al0.1Ti锌合金的加工图分析，表明应变量对其加工图的影响很小。当应变量为0.3时，低温高应变速率区（温度230℃～260℃、应变速率1s-1～10s-1）与中温低应变速率区（温度260℃～290℃、应变速率0.01s-1～0.1s-1）为流变失稳区，在实际加工变形时，我们应该设法避免这两个区域。中温高应变速率区域（温度260℃～290℃、应变速率1s-1～10s-1）为该合金的最佳加工性能区域。
　　连续铸挤作为一种高效、低成本、短流程的生产技术，在锌合金的棒线材生产鲜有报道。经过铸挤轮的旋转剪切作用，晶粒得到一定程度的细化，组织力学性能得到提升。实验对Zn4Ai0.1Ti合金的连续铸挤成形过程中的模具定径带长度工艺参数进行了优化。实验表明:在其他工艺参数相同的前提下，当定径带长度为7mm时，连续铸挤的Zn4Al0.1Ti合金综合性能较好。
　　实验对不同合金成分(Zn4Al和Zn4Al0.1Ti)锌合金在相同铸挤工艺条件下产品的组织性能进行了研究。可知Ti在组织中以以Al3Ti的形式存在，固溶在Zn-Al共晶（析）体上，与Zn4Al合金相比，Zn4Al0.1Ti合金的组织明显细化，力学性能更加优良。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 锌及锌合金的概况

1．1．1 锌及锌合金的特点

1．1．2 锌合金的分类

1．2 锌铝合金的发展概况

1．2．1 锌铝合金特点

1．2．2 锌铝合金二元相图

1．3 合金元素Ti对Zn-Al合金的影响

1．4 金属的高温变形行为及加工图

1．4．1．物理模拟技术的发展

1．4．2 典型流变应力曲线的特征

1．4．2 本构方程

1．4．3 热加工图的应用

1．5 连续铸挤技术的概述

1．5．1 连续铸挤技术的发展历史与特点

1．5．2 连续铸挤成形技术的应用前景

1．6 研究意义与内容

1．6．1 研究意义

1．6．2 研究内容

第2章 实验方法

2．1 实验材料

2．1．1 中间合金Al-5Ti的制备

2．1．2 Zn4Al0．1Ti锌合金的熔炼

2．1．3 铸锭的均匀化

2．2 实验方案

2．3 Zn4Al0．1Ti锌合金的等温压缩实验

2．4 Zn4Al0．1Ti锌合金的连续铸挤

2．4 试样制备与分析

2．4．1 热压缩试样制备

2．4．2 金相试样制备

2．4．3 组织观察与分析

2．4．4 合金力学性能测试

第3章 Zn4Al0．1Ti合金热变形流变应力研究

3．1 热变形参数对Zn4Al0．1Ti锌合金流变应力影响

3．1．1 变形温度对Zn4Al0．1Ti锌合金流变应力的影响

3．1．2 应变速率对Zn4Al0．1Ti锌合金流变应力的影响

3．2 Zn4Al0．1Ti锌合金热变形流变应力本构方程

3．2．1 Zn4Al0．1Ti热变形流变应力本构方程

3．2．2 峰值应变

3．3 本章小结

第4章 Zn4Al0．1Ti合金热变形组织演变行为

4．1 变形不均匀性对显微组织的影响

4．2 变形温度对合金微观组织的影响

4．3 应变速率对合金微观组织的影响

4．4 热变形条件对Zn4Al0．1Ti锌合金硬度的影响

4．5 本章小结

第5章 Zn4Al0．1Ti锌合金加工图

5．1 基于动态材料模型的加工图原理

5．2 Zn4Al0．1Ti锌合金加工图的建立

5．3 Zn4Al0．1Ti锌合金加工图分析

5．5 本章小结

第6章 连续铸挤工艺对Zn4Al0．1Ti合金组织与力学性能的影响

6．1．中间合金Al-5Ti的组织分析

6．2 Ti对Zn4Al合金铸挤成形组织性能的影响

6．3 Zn4Al0．1Ti锌合金铸挤成形的定径带长度参数优化

6．4 铸挤模内组织演变规律

6．5 本章小结

第7章 结论

参考文献

致谢